устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии

Формула изобретения

Устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии, содержащее цилиндр с емкостью «мертвого пространства», разделенной на параллельно расположенные ячейки, и диафрагму, отличающееся тем, что в качестве диафрагмы используют заслонку, выполненную в виде диска, разделенного на два равных сектора, один из которых выполнен полым, а другой сплошным, а верхняя часть корпуса с ячейками выполнена в виде ступеньки высотой 5-10 мм, разделяющей плоскость контакта корпуса с заслонкой на две равные части, причем заслонка имеет возможность вращения вокруг центральной оси, обеспечивая регулировку объема «мертвого пространства».

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, неврологии и пульмонологии, и может быть использовано для изучения реакции организма на дозированную гиперкапническую гипоксию.

В настоящее время актуальным является создание устройств, позволяющих оценивать реактивность мозговых сосудов и перфузионного резерва мозгового кровообращения, а также для проведения гиперкапнических тренировок, направленных на увеличение сопротивляемости (резистентности) организма к неблагоприятным стрессорным факторам, тренировку адаптивных систем, подготовку к оперативным вмешательствам с временным прекращением кровотока по артериям, питающим мозг, и лечения заболеваний, в частности нарушений мозгового кровообращения, нарушений коронарного кровообращения, гипертонической болезни, дыхательной недостаточности и др.

Известно устройство (патент РФ на изобретение № 2221597), содержащее съемный загубник и трубку, корпус с емкостью "мертвого" пространства в виде параллельно расположенных лабиринтных каналов, перемещающихся относительно друг друга, с установленными в них обтекателями, позволяющее дозировать гиперкапнию в диапазоне 5-6% углекислого газа (СО ₂) в альвеолярном воздухе.

Недостатками известного устройства являются:

- необходимость использования большого объема «мертвого пространства», около 2000 мл, для создания эффективной концентрации углекислого газа и связанная с этим громоздкость устройства;

- невозможность использования электрического привода для автоматического поддержания концентрации углекислого газа (СО₂) и кислорода (О ₂) на заданном уровне.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии (патент РФ на изобретение № 2301081), содержащее центральную трубку, корпус с емкостью "мертвого" пространства, разделенного на параллельно расположенные ячейки, соединенные между собой при помощи соединительного пространства. Объем «мертвого пространства» регулируется в диапазоне 100-800 мл при помощи диафрагмы, выключающей из вентиляции соответствующее заданному объему число ячеек.

Недостатками известного устройства являются:

- низкая устойчивость лепестков диафрагмы к механическим повреждениям;

- громоздкость устройства и неудобство в эксплуатации, связанные с тем, что для открытия всех ячеек диафрагма должна быть как минимум в 2 раза больше диаметра устройства;

- для автоматической работы диафрагмы необходимо использовать сложную систему передачи вращательного момента от электрического привода к диафрагме, и связанная с этим ненадежность работы системы.

Техническим результатом заявляемого устройства является повышение надежности работы и упрощение использования электрического привода для автоматического поддержания концентрации углекислого газа (СO₂) и кислорода (О₂) на заданном уровне.

Технический результат достигается тем, что для регулировки дополнительного объема «мертвого пространства» в качестве диафрагмы используют заслонку, выполненную в виде диска, разделенного на два равных сектора, один из которых является полым и предназначен для свободного прохождения воздуха, а другой сплошной и герметичный. Заслонка имеет возможность вращения вокруг центральной оси на 360 градусов.

Проксимальная плоскость емкости с ячейками выполнена в виде ступеньки высотой 5-10 мм, разделяющей плоскость контакта корпуса с заслонкой на две равные части. На верхнюю часть устанавливают заслонку. Вращение заслонки вокруг центральной оси обеспечивает регулировку объема «мертвого пространства» в диапазоне 500-1000 мл за счет изменения заслонкой количества открываемых ячеек верхней плоскости площадки.

Устройство проиллюстрировано фиг.1, 2 (А, Б) и 3.

Заявляемое устройство (фиг.1) выполнено из медицинского пластика и представлено в виде корпуса 1 с центральной трубкой 2, с площадью поперечного сечения, близкой к площади поперечного сечения трахеи. Корпус 1 разделен на ячейки 3 с общим объемом 1000 мл, расположенные параллельно друг другу. Ячейки 3 сообщаются с внешней средой посредством проксимального отверстия 4. Верхняя часть корпуса 1 выполнена в виде ступеньки высотой 5-10 мм, разделяющей плоскость контакта корпуса 1 с заслонкой 5 на две равные части.

На верхнюю часть корпуса 1 устанавливают заслонку 5, которая выполнена в виде диска, разделенного на два равных сектора 6 и 7. Сектор 6 является полым и предназначен для свободного прохождения воздуха. Сектор 7 является сплошным и герметичным. Заслонка имеет возможность вращения вокруг центральной оси на 360 градусов, что позволяет осуществлять регулировку объема «мертвого пространства» в диапазоне 500-1000 мл за счет изменения заслонкой 5 количества открываемых ячеек 3.

Ячейки 3 друг с другом и центральной трубкой 2 сообщаются с помощью соединительного пространства 8.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.2 (А, Б) показана схема движения воздуха на вдохе при крайних положениях секторов 6 и 7 заслонки 5. Дыхание осуществляют через загубник (не обозначен), а носовое дыхание отключают. Выдыхаемый воздух заполняет центральную трубку 2, затем соединительное пространство 8 и направляется в ячейки 3, заполняющие корпус 1, и выводится посредством проксимального отверстия 4 в атмосферу. В конце выдоха в ячейках 3 остается обогащенный углекислым газом и бедный кислородом альвеолярный воздух. Движение воздуха во время вдоха осуществляется в обратном направлении по отношению к выдоху. При этом в легкие поступает альвеолярный воздух из ячеек 3 и центральной трубки 2, обогащенный углекислым газом и бедный кислородом.

Изменение концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе в диапазоне 4-8% и кислорода 15-11% осуществляется путем вращения заслонки 5, и как следствие, изменения положения полого сектора 6 относительно верхней части корпуса 1 с ячейками 3. В результате меняется количество открываемых ячеек 3 верхней плоскости 5, что приводит к изменению объема «мертвого пространства» в диапазоне 1000-500 мл.

Для доказательства эффективности работы заслонки 5 было проведено сравнение концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе, полученном при использовании устройства-прототипа, с лепестковой диафрагмой (патент РФ на изобретение № 2301081), и заявляемого устройства, содержащего секторальную заслонку, при изменении объема "мертвого" пространства в диапазоне 800-600 мл. Дыхание через устройство проводят в течение одной минуты. Для забора альвеолярного воздуха используют трубку Пристли. Газоанализ проводили на газоанализаторе Spirolyt-2 (Германия).

На фиг.3 представлена таблица, отображающая концентрацию углекислого газа (СО₂) в альвеолярном воздухе при изменении объема «мертвого пространства» в диапазоне 800-600 мл при помощи лепестковой диафрагмы устройства-прототипа и секторальной заслонки. Из таблицы видно, что заявляемое устройство создает в альвеолярном воздухе концентрацию углекислого газа, идентичную по сравнению с устройством-прототипом при меньших размерах заслонки. Эффективность заявляемого устройства достигается тем, что для регулировки дополнительного объема «мертвого пространства» вместо диафрагмы используется заслонка, выполненная в виде диска, разделенного на два равных сектора, один из которых является полым и предназначен для свободного прохождения воздуха. Заслонка имеет возможность вращения вокруг центральной оси на 360°. Вращение заслонки вокруг центральной оси обеспечивает регулировку объема «мертвого пространства» в диапазоне 500-1000 мл за счет изменения заслонкой количества открываемых ячеек верхней плоскости площадки.

Таким образом, преимуществами заявляемого устройства являются:

1) заслонка имеет простую конструкцию, что повышает степень надежности ее работы и устойчивость к механическим повреждениям;

2) размеры заслонки сопоставимы с габаритами устройства, что исключает громоздкость и неудобство в эксплуатации по сравнению с диафрагмой устройства-прототипа;

3) использование заслонки упрощает применение электрического привода для автоматического поддержания концентрации углекислого газа (СО₂) и кислорода (О₂) на заданном уровне.